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废旧锂离子电池正极金属材料回收工艺研究进展

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无机盐工业 2024年

作者：郑天新杨宇霍东兴承德应用技术职业学院汽车工程系华北理工大学综合测试分析中心华北理工大学机械工程学院

锂离子电池作为储能装置已经被广泛应用于新能源汽车领域。而在全球能源危机和新能源汽车保有量的持续增加的背景下，锂离子电池也开始大量退役，这给社会带来巨大的经济压力和环境负担。因此，采用高效、清洁的回收工艺对废旧锂离子电... 详细信息

锂离子电池作为储能装置已经被广泛应用于新能源汽车领域。而在全球能源危机和新能源汽车保有量的持续增加的背景下，锂离子电池也开始大量退役，这给社会带来巨大的经济压力和环境负担。因此，采用高效、清洁的回收工艺对废旧锂离子电池进行处理已经成为国内外学者的研究重点。综述了从废旧锂离子电池前期预处理、正极材料中有价金属浸出和浸出液中有价金属离子分离三方面对废旧锂离子动力电池的湿法回收处理工艺。其中浸出工艺包括酸浸、氨浸和生物浸出工艺；浸出液有价金属分离包括离子交换工艺、溶剂萃取工艺、盐析工艺、化学沉淀工艺、和电化学工艺。同时也指明了采用湿法回收工艺回收废旧锂离子电池有价金属的发展方向。

关键词：废旧锂离子电池动力电池正极材料有价回收湿法冶金

金属增材制造质量控制及复合制造技术研究现状

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材料导报 2024年第9期38卷 178-185页

作者：刘倩卢秉恒华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 西安交通大学机械工程学院西安710049 国家增材制造创新中心西安710117

相比传统制造工艺,增材制造能够实现复杂结构金属部件的近净成形。然而,增材制造具有冷却速度快、热梯度大、非平衡凝固与往复热循环历史等特点,容易存在孔洞、残余拉应力、各向异性等缺陷,极大限制增材制造的进一步应用。复合增材制造... 详细信息

相比传统制造工艺,增材制造能够实现复杂结构金属部件的近净成形。然而,增材制造具有冷却速度快、热梯度大、非平衡凝固与往复热循环历史等特点,容易存在孔洞、残余拉应力、各向异性等缺陷,极大限制增材制造的进一步应用。复合增材制造技术是将传统制造方法与增材制造有机结合,充分发挥传统制造工艺在性能调控与尺寸精度等方面的优势,抑制单纯增材制造引起的各类缺陷,获得高质量、无缺陷的增材制造部件。本文首先揭示增材制造工艺缺陷的形成机理,明确工艺参数优化方法在缺陷改善方面的局限性,进而阐明复合增材制造的内涵,综述近年来增材制造与轧制、激光冲击强化、热等静压、热处理等复合制造技术的研究现状与工艺原理,探讨复合增材制造技术对不同缺陷的适用性,并对增材制造未来发展方向进行了展望。

关键词：复合增材制造塑性变形激光冲击各向异性残余应力

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缓倾斜极厚矿体高阶段采场开采顺序优化

矿冶工程 2024年第5期 28-34页

作者：甘德清孟岐刘志义路燕泽华北理工大学矿业工程学院华北理工大学矿产资源绿色开发与生态修复协同创新中心华北理工大学河北省矿山绿色智能开采技术创新中心华北理工大学河北省矿业开发与安全技术实验室河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司

为了平衡缓倾斜极厚矿体高阶段采场的产能与安全，以某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法为背景，进行开采顺序优化研究。首先，基于间柱承压理论，得出间柱宽度合理值为14.2～47.2 m。根据采场结构参数，设计间柱宽度分别为15 m、30 m、45 m... 详细信息

为了平衡缓倾斜极厚矿体高阶段采场的产能与安全，以某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法为背景，进行开采顺序优化研究。首先，基于间柱承压理论，得出间柱宽度合理值为14.2～47.2 m。根据采场结构参数，设计间柱宽度分别为15 m、30 m、45 m,即隔一采一、隔二采一、隔三采一，并采用FLAC3D建立矿体模型，对比分析各方案顶板沉降以及间柱稳定性。最后，在数值模拟基础上，综合考虑安全与产能的影响因素，构建基于层次分析与模糊综合评判法的开采顺序判断矩阵，计算得出3种方案的综合隶属度分别为0.86、0.79、0.80,确定间柱宽度15 m （隔一采一）为最优方案。工业试验结果表明，该方案在实现最大化生产能力的同时，可保持采场相对稳定。

关键词：缓倾斜矿体极厚矿体开采顺序阶段空场嗣后充填法间柱稳定性数值模拟高阶段采场间柱宽度

基于维度注意力与多尺度卷积网络的脑电分类方法研究

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半导体光电 2024年第1期45卷 152-158页

作者：谷学静杨赵辉郭宇承许金钢华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 唐山市数字媒体工程技术研究中心河北唐山063000 华北理工大学机械工程学院河北唐山063210

针对脑电信号的非平稳性、时变复杂和分类准确率较低的问题,以及传统机器学习方法在提取复杂特征方面的不足,提出了一种基于维度注意力机制的多尺度时空卷积神经网络分类模型(DIMS-CNN),旨在提高分类准确率,以更好地适用于实际应用场景... 详细信息

针对脑电信号的非平稳性、时变复杂和分类准确率较低的问题,以及传统机器学习方法在提取复杂特征方面的不足,提出了一种基于维度注意力机制的多尺度时空卷积神经网络分类模型(DIMS-CNN),旨在提高分类准确率,以更好地适用于实际应用场景。首先,对数据进行带通滤波和去伪迹,并进行了降采样和通道选择等预处理;随后,将经过处理的数据输入构建的时空卷积模型中,为了进一步增强网络的特征提取能力,加入了时序和通道的多维度注意力机制以及正则化技术;对于数据量不足的问题,采用了频带互换的方法进行数据增强,且提高了模型的泛化性能。分别在HGD数据集和实验室自采集数据集上进行验证,获得了90.97%和90.21%的平均分类准确率,发现所提方法在分类准确率上有显著提高。

关键词：脑电信号深度学习卷积网络注意力机制频带互换

采用多尺度多路混合注意力机制的脑电情绪识别方法

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计算机工程与应用 2024年第19期60卷 130-138页

作者：谷学静刘佳郭宇承杨赵辉华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 唐山市数字媒体工程技术研究中心河北唐山063000 华北理工大学机械工程学院河北唐山063210

为了充分利用电极间的空间分布特性和多域深层次特征,提高脑电信号(electroencephalogram,EEG)情绪识别精度,提出一种采用多尺度多路混合注意力机制的方法进行脑电情绪识别。对EEG进行基线处理与空间重构,减小个体差异的同时增强空间特... 详细信息

为了充分利用电极间的空间分布特性和多域深层次特征,提高脑电信号(electroencephalogram,EEG)情绪识别精度,提出一种采用多尺度多路混合注意力机制的方法进行脑电情绪识别。对EEG进行基线处理与空间重构,减小个体差异的同时增强空间特征信息。将时频二维和空间三维数据共同输入到多尺度多路混合注意网络(multiscale and multi-path hybrid attention network,MS-MPHAN)进行训练,其中,设计双流时空融合模块加强时域特征和空域特征的联系;引入多尺度卷积核进行多尺度的初步特征提取,进而增加特征的视野维度;利用多路结构二次提取不同层次的深层特征,并在通道层次、二维空间层次和精细化的坐标层次对特征进行增强与融合。在DEAP数据集和DREAMER数据集上进行EEG情绪四分类识别,结果显示DEAP数据集和DREAMER数据集的平均准确率达到93.75%和98.93%,证明了所提方法在脑电情绪识别上的良好性。

关键词：神经网络脑电信号情绪识别注意力机制

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面向多源数据的个性化联邦学习框架

计算机工程与应用 2024年第19期60卷 278-287页

作者：裴浪涛陈学斌任志强翟冉华北理工大学理学院河北唐山063210 河北省数据科学与应用重点实验室(华北理工大学) 河北唐山063210 唐山市数据科学重点实验室(华北理工大学) 河北唐山063210

在联邦学习中,中心服务器聚合来自不同的客户端经过差分隐私扰动后的模型,其中差分隐私噪声添加的大小和隐私预算的分配直接影响到模型的可用性,现有的研究大多基于平衡的数据和固定的隐私预算,在处理多源不平衡数据时难以权衡精度与隐... 详细信息

在联邦学习中,中心服务器聚合来自不同的客户端经过差分隐私扰动后的模型,其中差分隐私噪声添加的大小和隐私预算的分配直接影响到模型的可用性,现有的研究大多基于平衡的数据和固定的隐私预算,在处理多源不平衡数据时难以权衡精度与隐私保护水平,针对该问题提出了一种具有自适应差分隐私噪声添加的联邦学习框架,采取基于沙普利值的贡献度证明算法计算不同数据来源的客户端的贡献度,并依据贡献度为不同客户端在梯度更新的过程中添加差异化的差分隐私噪声,继而实现个性化的隐私保护。理论和实验分析表明该框架面对多源不平衡数据时不仅可以为不同参与方提供更加细化的隐私保护水平,同时在模型性能方面也比传统的FL-DP算法高出1.3个百分点。

关键词：联邦学习差分隐私沙普利值不平衡数据

毒重石对含钛无氟保护渣熔渣结构和析晶行为的影响

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钢铁 2024年

作者：刘子瑶刘磊韩秀丽张玓孙昌奇郭静静华北理工大学冶金与能源学院华北理工大学矿业工程学院河北省钢铁实验室河北省矿产资源绿色开发与生态修复协同创新中心

在连铸无氟保护渣的应用探索中，含钛无氟保护渣以其独有析晶矿相的优势和改善保护渣物化性能的效果，成为无氟保护渣领域的研究热点，但由于高熔点矿物的存在，导致保护渣熔点和黏度较高，而毒重石中的钡可以改善含钛保护渣的理化性能... 详细信息

在连铸无氟保护渣的应用探索中，含钛无氟保护渣以其独有析晶矿相的优势和改善保护渣物化性能的效果，成为无氟保护渣领域的研究热点，但由于高熔点矿物的存在，导致保护渣熔点和黏度较高，而毒重石中的钡可以改善含钛保护渣的理化性能，使得含钛保护渣具有较好的应用效果。选用含钛高炉渣、石灰石、石英砂、硼砂、纯碱和毒重石(BaCO3)作为主要原料制备含钛无氟保护渣，对无氟保护渣熔渣结构和析晶行为进行了系统研究，以查明毒重石作为氟替代物在含钛无氟保护渣中的作用机制，从而实现含钛无氟保护渣的工业化应用。结果表明，随着毒重石质量分数从1%增加到5%，熔渣中Ca-O键和Ba-O键稳定性、硅氧四面体内部与外部有序度以及硅酸盐结构聚合度均表现为先降低后升高，而Si-O平均配位数和氧硅比呈现为先升高后降低的趋势；含钛保护渣主要析出相为钙钛矿、霞石和硼硅酸钙，开始析晶温度和钙钛矿占比变化较小，岛状结构的硼硅酸钙含量先升高后降低，架状结构的霞石含量先降低后升高，当毒重石质量分数为3%时硼硅酸钙占比达到峰值为14.5%，霞石占比为17.9%。保护渣熔渣结构的改变会影响保护渣的析晶行为，保护渣熔渣硅氧网络结构的复杂度升高，会促进复杂结构的硅酸盐矿物含量升高。

关键词：含钛无氟保护渣熔渣结构析晶行为毒重石析晶温度析出矿物

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钢中非金属夹杂物性质第一性原理计算

中国冶金 2024年第2期34卷 69-82页

作者：琚立颖谷少鹏谭敏李涛孟倩杨志南华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 华北理工大学机械工程学院河北唐山063210 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

采用第一性原理研究了钢中非金属夹杂物的晶体结构性能、电子性能和力学性能,从微观角度评价了非金属夹杂物的结构稳定性,揭示了非金属夹杂物对钢材力学性能的影响规律。结果表明,所分析夹杂物中,TiN的结合能绝对值最大、结构最稳定,其... 详细信息

采用第一性原理研究了钢中非金属夹杂物的晶体结构性能、电子性能和力学性能,从微观角度评价了非金属夹杂物的结构稳定性,揭示了非金属夹杂物对钢材力学性能的影响规律。结果表明,所分析夹杂物中,TiN的结合能绝对值最大、结构最稳定,其次为SiO_(2)和Al_(2)O_(3);MnS、Cu_(2)O、CuO和FeO的结合能绝对值较低,原子间化学键较弱,结构相对不稳定。能带结构分析表明,Al_(2)O_(3)、CaO、MgO、SiO_(2)、AlN、MgAl_(2)O_(4)、Ca_(2)SiO_(4)、CaAl_(4)O_(7)属于绝缘材料,Cu_(2)O、CaS、MnS属于半导体材料,FeO、CuO、FeS、TiN属于导体材料。弹性性能计算结果表明,TiN的弹性模量和硬度值最大,分别为517.70 GPa和31.77 GPa,表明TiN夹杂物刚性大,抵抗变形或破坏的能力较强,属脆性夹杂物;Cu_(2)O的弹性模量和硬度值最小,分别为25.06 GPa和0.24 GPa,属塑性夹杂物;复合非金属夹杂物CaAl_(4)O_(7)弹性模量和硬度值分别为124.58 GPa和5.52 GPa,塑性变形能力相对较差,属半塑性夹杂物。G/B(体积模量与剪切模量的比值)和泊松比结果表明,SiO_(2)的G/B值偏离0.57最多,泊松比最小,为0.02,夹杂物脆性严重。Cu_(2)O的泊松比最大为0.46,结合其弹性模量与硬度值可知,其弹性性能较好。研究结果为钢中非金属夹杂物的合理控制提供了理论依据和数据支撑。

关键词：非金属夹杂物晶体结构性能电子性能力学性能第一性原理

贝氏体轨道钢连铸凝固过程中溶质微观偏析模型及分析

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金属学报 2024年第7期60卷 990-1000页

作者：高新亮巴文月张正席仕平徐东杨志南张福成燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 洛阳轴承研究所有限公司洛阳471039 河北工程大学河北省高品质冷镦钢技术创新中心邯郸056038 华北理工大学冶金与能源学院唐山063210

为揭示贝氏体轨道钢凝固过程中的溶质再分配规律,本工作综合考虑钢液凝固过程中δ/γ相变和枝晶粗化的影响,建立了贝氏体轨道钢凝固过程中溶质元素微观偏析模型,分析了冷却速率、C含量、Mn含量、S含量、P含量对钢液凝固过程中枝晶间溶... 详细信息

为揭示贝氏体轨道钢凝固过程中的溶质再分配规律,本工作综合考虑钢液凝固过程中δ/γ相变和枝晶粗化的影响,建立了贝氏体轨道钢凝固过程中溶质元素微观偏析模型,分析了冷却速率、C含量、Mn含量、S含量、P含量对钢液凝固过程中枝晶间溶质元素微观偏析行为、零强度温度(ZST)和零塑性温度(ZDT)的影响。结果表明,枝晶间S、P元素偏析严重;在不同固相率时,冷却速率对溶质元素微观偏析的影响存在一定差异。C含量主要影响钢的凝固方式,进而影响凝固过程钢中溶质元素的微观偏析行为;Mn、P、S含量对其余溶质元素微观偏析影响不大。C、Mn含量的增加导致ZST和ZDT均降低;随冷却速率、S和P含量增加,ZST变化不大,ZDT明显降低。

关键词：贝氏体轨道钢凝固微观偏析连铸